▏ 什么是ADC藥物

ADC（Antibody-drug conjugate，ADC）藥物全稱為抗體偶聯(lián)藥物，是將抗體通過偶聯(lián)臂（Linker）與小分子藥物（Payload）共價連接的復合物?？贵w負責靶向病灶，毒素通過自身特性殺傷目標細胞，連接子則是承擔橋接毒素和抗體直至ADC到達腫瘤細胞內再進行釋放的功能。一個理想的ADC分子應該具備高靶點特異性、高腫瘤殺傷能力、長藥代特性、低免疫原性、低脫靶毒性。
 

圖1. ADC藥物的結構圖示
 

 

▏ ADC藥物的作用機制

ADC藥物通過靜脈注射到血液中，隨著血液的流動，到達全身，但是科學家估計只有0.1%的ADC能到達患者的癌細胞。大部分會在循環(huán)系統(tǒng)和其他器官及組織中逐漸分解。到達癌細胞的ADC藥物一般是經歷6個過程來起作用。

1. ADC藥物進入血液循環(huán)；

2. ADC藥物與癌細胞表面抗原結合；

3. ADC藥物通過受體介導的內吞進入腫瘤細胞；

4. 溶酶體通過組織蛋白酶和纖溶酶降解ADC藥物；

5. 在癌細胞中釋放Payload，藥物結合到靶點蛋白；

6. 毒性分子誘導細胞凋亡，細胞破裂，同時部分ADC藥物也可能殺死周圍的癌細胞。

圖2. ADC藥物的作用機制模型

 

▏ ADC藥物活性評價平臺

1. ADC藥物與抗原結合能力檢測

1.1 bio-chemical assay

首先在生化水平(bio-chemical assay)上，可以采用ELISA的方式檢測ADC藥物與抗原的結合能力，常見的有Total Antibody ELISA、Conjugated Antibody ELIA、Conjugated drug ELISA。同樣的，針對PPI（Protein-Protein Interaction），biacore是一個強大的工具，可以得到更全面的動力學結合分析數據。

圖3. ELISA方法檢測ADC藥物和抗原靶點的結合
 

1.2 Cell-based assay

一般生化水平檢測完，就需要做細胞水平(Cell-based assay)的結合能力檢測,可以選擇靶點陽性的細胞來進行，一般可以同時選擇不表達、低表達、中表達、高表達的細胞一起做，檢測方法一般采用流式細胞術（FACS）來檢測。

 

科佰Cell-Panorama數據庫是完全免費開源的數據庫，數據庫整合了2000多種細胞的RNA-seq數據，我們知道m(xù)RNA表達和蛋白表達相關系數只有約0.6左右，因此蛋白組的數據更有參考價值。可貴的是科佰正在構建全國最大的蛋白組數據庫（陸續(xù)新增中），屆時免費向我們的客戶公開。
 

圖4. 科佰生物現貨腫瘤細胞庫組織分類示意圖

現貨細胞列表，請點擊訪問
 

同時科佰構建了300多株過表達ADC靶點的工程細胞株，全部是現貨供應，可以用于多種cell-based assay，比如ELISA、FACS、凋亡、增殖抑制等。
 

表1. 科佰生物部分現貨ADC靶點過表達工程細胞株列表

更多現貨ADC細胞模型，請點擊訪問

 

2. ADC藥物的ADCC/ADCP/CDC效應

ADC藥物中針對腫瘤相關抗原的抗體，同樣也會存在ADCC和ADCP效應。簡而言之，抗體的Fab端與腫瘤細胞結合，抗體的Fc端，會與效應細胞的FcγR結合，通過抗體連接腫瘤細胞和效應細胞，則效應細胞就可以釋放因子來殺死或者吞噬腫瘤細胞。

 

 

圖5. ADCC/ADCP/CDC原理示意圖

 

科佰生物開發(fā)了多種ADCC/ADCP的模型，采取的是報告基因的檢測方法，Luc的報告基因屬于化學發(fā)光，是一種不需要激發(fā)光、本底噪音信號較低的方法學，靈敏度高，適用于ADC藥物的檢測。
 

貨號	模型名稱	應用
CBP74002	ADCC Bioassay Effector Cell F variant (Low Affinity)- Fcγ-NFAT/Jurkat	Functional(Report Gene) Assay
CBP74003	ADCC Bioassay Effector Cell V variant (High Affinity)-Fcγ-NFAT/Jurkat	Functional(Report Gene) Assay
CBP74076	Mouse ADCC Bioassay Effector Cell	Functional(Report Gene) Assay

 

表2. 科佰生物現貨ADCC現貨工程細胞株

 

貨號	模型名稱	應用
CBP74105	ADCP Bioassay Effector Cell FcγRIa -NFAT/Jurkat	Functional(Report Gene) Assay
CBP74106	ADCP Bioassay Effector Cell FcγRIIa (H variant) -NFAT/Jurkat	Functional(Report Gene) Assay
CBP74004	ADCP Bioassay Effector Cell FcγRIIa (R variant) -NFAT/Jurkat	Functional(Report Gene) Assay

 

表3. 科佰生物現貨ADCP現貨工程細胞株

 

3. ADC藥物的內吞

ADC藥物與腫瘤細胞表面的抗原結合后，會觸發(fā)受體介導的內吞作用，ADC藥物被內吞進入溶酶體中，溶酶體提供連接抗體和藥物的連接體裂解所需的酸性環(huán)境和酶，從而釋放細胞毒性有效載荷。常見的內吞機制分為“ 網格蛋白介導的內吞作用”和“不依賴網格蛋白的內吞作用”。

 

ADC藥物的內吞作用是藥物起效的前提，內吞動力學的研究能很好的幫助分析藥物的內吞過程、內吞效率、監(jiān)測有效載荷的釋放。經典的內吞動力學研究，多用酸性PH敏感的熒光染料來標記ADC抗體。一般而言，胞外的PH為7.4左右，細胞質的PH為7.0-7.2左右，而進入溶酶體后，PH值會有明顯的下降，可以達到PH 4.7左右。在中性的環(huán)境下，沒有熒光，進入溶酶體，變成酸性環(huán)境后，PH敏感的熒光染料，就會發(fā)出熒光信號。
 

 

圖6. Incucyte系統(tǒng)，可以長期觀察多個時間點和濃度的細胞培養(yǎng)物
 

4. 載荷的毒性作用評價

ADC藥物從溶酶體中釋放有效載荷，這些載荷按照預期是可以殺死腫瘤細胞，常見的有效載荷分為幾類：
 

表4. 常見Payload的類型

 

4.1微管抑制劑(Microtubule Inhibitors):

這類載荷通過干擾細胞微管的正常功能，抑制細胞分裂和增殖。常見的微管抑制劑包括：

MMAE/MMAF:一類auristatin類化合物，通過抑制微管蛋白聚合發(fā)揮細胞毒性。

DM1/DM4:一類maytansinoid類化合物，同樣作用于微管蛋白。

 

4.2DNA損傷劑(DNA-damaging agents):

這類載荷通過損傷DNA，導致細胞死亡。常見的DNA損傷劑包括：

卡奇霉素(Calicheamicin):一種內酯類抗生素，通過與DNA結合并產生自由基，導致DNA雙鏈斷裂。

吡咯并苯并二氮雜卓類(PBDs):通過與DNA小溝結合，導致DNA交聯(lián)，阻止DNA復制和轉錄。?

 

4.3 拓撲異構酶抑制劑(Topoisomerase Inhibitors):

這類載荷通過抑制拓撲異構酶的活性，影響DNA的復制和轉錄。常見的拓撲異構酶抑制劑包括：

SN38/DXd:一類喜樹堿衍生物，是拓撲異構酶I的抑制劑。

 

4.4 其他類型的載荷:

除了上述主要類別，還有一些其他類型的載荷正在開發(fā)中，例如：RNA聚合酶II抑制劑:通過抑制RNA聚合酶II的活性，影響RNA轉錄。其他新型細胞毒性藥物:例如杜卡霉素、PNU-159682、鵝膏蕈堿等。
 

不同的載荷有不同的作用機制和毒性特征，因此常見的評價有效載荷的毒性作用，我們可以采取細胞增殖抑制檢測、細胞凋亡檢測、細胞周期檢測等手段。
 

細胞增殖抑制檢測一般采用CTG、CCK8檢測藥物對腫瘤細胞增殖的抑制效果。以CTG為例，主要是檢測活細胞中的ATP，以熒光素酶的催化發(fā)光作為最終的讀數，是一種化學自發(fā)光的檢測，靈敏度高。

圖7. CTG法檢測ADC藥物的腫瘤細胞抑制

 

細胞凋亡檢測有很多方法，常見的有FACS檢測Annexin V/PI double staining、檢測Caspase、DNA碎片分析、TUNEL等，這些方法可以稱為是半定量，一般不適用于四參數擬合，計算藥效的EC50。
 

 

圖8. 通過檢測凋亡評定ADC藥物的毒性

有些ADC藥物的有效載荷是針對DNA復制相關的毒素，就會導致細胞周期的阻滯效果，比如Dxd毒素會導致細胞停滯在G2/M期。

 

 

圖9. 細胞周期分析ADC藥物有效載荷的作用
 

5. ADC藥物的旁觀者效應

旁觀者效應（Bystander efficacy）是指部分ADC藥物的有效載荷在釋放后可以滲透穿過細胞膜，進入到腫瘤微環(huán)境中，或者陽性細胞凋亡破裂后釋放有效載荷，滲透進入靶點陰性的腫瘤細胞并進行殺傷。

 

旁觀者效應在ADC藥物的殺傷作用中非常重要，一般用于評價旁觀者效應的體外藥效的方法有兩種：（1）共培養(yǎng)體系，（2）介質轉移法。細胞共培養(yǎng)（co-culture)是將兩種細胞（抗原陽性Ag+、抗原陰性Ag-）混合共同培養(yǎng)，比較Ag-在共培養(yǎng)系統(tǒng)和單一培養(yǎng)系統(tǒng)中的活力，可以通過檢測腫瘤細胞的增殖抑制來比較。介質轉移法是先用一定量的ADC處理Ag+細胞，一段時間后，將該介質轉移到Ag-細胞。如果來自Ag+細胞的介質對于Ag-比直接用同樣濃度的ADC處理體現出更好的殺傷效果，那么就可以說明具有旁觀者效應。

 

以下以共培養(yǎng)體系為例，介紹體外方法學的開發(fā)。

 

5.1 單一培養(yǎng)體系

因為ADC藥物的作用機制顯示，一來需要ADC藥物的抗原結合、內吞、酶切，二來部分有效載荷是跟細胞周期有關，需要細胞積累阻滯，因此一般做旁觀者效應之前需要先摸索藥物的作用時間（一般建議至少2個倍增周期）和有效濃度，來確保對陽性細胞Ag+細胞的殺傷。
 

表5. 單一培養(yǎng)體系96孔板Layout設計
 

通過四參數擬合得到Ag+和Ag-細胞的殺傷曲線，計算出Ag+細胞的IC90，計算出Ag-細胞的IC50，注意這里建議藥物的濃度建議使用有效載荷濃度（非ADC藥物濃度）來做數據擬合。在下一步的細胞共培養(yǎng)體系中，可以選擇大于Ag+細胞IC90、同時小于Ag-細胞的IC50的濃度，來測試旁觀者效應。

 

5.2 共培養(yǎng)體系

在做共培養(yǎng)之前，我們需要明確幾點：

① 最好Ag-細胞帶Luc的標記，這樣屆時檢測時，只要針對Luc做信號檢測即可；

② 因為Ag-的殺傷來自于Ag+細胞的殺傷釋放，因此需要摸索不同的Ag+和Ag-共培養(yǎng)的細胞比例關系；

③ 旁觀者效應需要的時間更長，如果細胞培養(yǎng)中，涉及添液（不可換液）的操作，則會稀釋毒素的濃度，進而影響對Ag-細胞的殺傷；

④ 實驗中有各種因素會影響到這種長周期的細胞增殖抑制實驗，因此我們一般是通過與Ag-單一細胞模型比較來判斷是否存在旁觀者效應。

常見的設計如下：
 

表6. 共培養(yǎng)體系96孔板Layout設計
 

6. 體內藥效評價

體內評價ADC藥物的活性，可以將細胞接種到小鼠上，做CDX模型。通過小鼠的皮下瘤、原位瘤的變化來檢測ADC藥物的藥效。同時如果做旁觀者效應的話，可以在Ag-的細胞上做Luc的標記，用活體動物成像來檢測瘤的變化。

 

科佰生物提供3類細胞產品助力體內的藥效評價，除了1.2中提供的1500多株腫瘤細胞、300多株過表達的工程細胞外，還提供160多種Luc標記的示蹤細胞，在接種皮下瘤時，可以通過活體成像來檢測瘤子的變化。
 

表7. 科佰生物部分現貨示蹤Luc細胞的清單展示

更多示蹤細胞，請點擊訪問

 

▏ 總結

中國藥企在ADC等領域經過多年技術沉淀后，已具備開發(fā)first in class（FIC）突破性療法的實力，并且能夠在新興賽道上擔當全球先鋒?；仡欉^去，國內獲批的ADC藥物更多是fast-follow策略下的成功實踐，這類藥物也在海外市場獲得了一定認可，吃到了一波出海紅利，落地了大量BD交易，為國內創(chuàng)新藥出海積累了寶貴經驗。
 

表8. 本文思路總結